張婧婧，李勇偉

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)1.計算機與信息工程學(xué)院2.機械交通學(xué)院，新疆烏魯木齊830052)

“單片機原理與接口技術(shù)”作為一門技術(shù)性、實踐性很強的主干課程，廣泛開設(shè)于自動化、電子信息工程和機電一體化等專業(yè)[1]。我校各教學(xué)部門對提高單片機課程質(zhì)量都非常重視，無論在教學(xué)、實驗、課程設(shè)計和課程考核等環(huán)節(jié)都投入力量制定了一系列行之有效的改革措施[2，3]。我院電子系借鑒其它高校的課改經(jīng)驗，進(jìn)行了單片機課程改革的有益嘗試。本文就單片機教學(xué)方式改革引起的實踐體系、考核標(biāo)準(zhǔn)和評價機制等方面的變化展開探索，旨在總結(jié)我院單片機教改的一些經(jīng)驗。

1 項目驅(qū)動型教學(xué)法的引入

作為實踐性很強的專業(yè)課程，項目驅(qū)動型教學(xué)法得以替代傳統(tǒng)方式成為單片機授課的主要形式。與掌握單片機的中斷系統(tǒng)如何有序工作相比，學(xué)生更樂意接受和理解可校準(zhǔn)的電子鐘是如何控制并顯示輸出的。

以基本的I/O接口驅(qū)動項目為例，單片機入門教學(xué)應(yīng)選取能夠激發(fā)學(xué)生興趣又不涉及過多知識點的情景項目為宜。如16*16點陣顯示其設(shè)計難度適中，且充分利用了I/O口的基本功能，還有字幕滾動的互動效果。教師授課時只需逐步引入字模掃描和延時的概念，就能使學(xué)生對I/O口內(nèi)容進(jìn)行小結(jié)性的貫穿與能力提高了。

隨著課程學(xué)習(xí)的深入，驅(qū)動型項目的內(nèi)容也不斷豐富，學(xué)生將面臨硬件設(shè)計和軟件編程的雙重壓力。因此，教師在授課過程中，需要針對越來越難的項目內(nèi)容進(jìn)行分解和細(xì)化，在項目需求分析和功能設(shè)計階段自然地引出更多的課程知識點，有利于實現(xiàn)課程知識體系的完整與統(tǒng)一。

2 單片機課程教學(xué)改革

2.1 分層實踐教學(xué)模式

在項目驅(qū)動型教學(xué)背景下，學(xué)生將以階段性完成項目為目標(biāo)展開實驗。伴隨教學(xué)的循序漸進(jìn)，項目的實施也有具體的層次和目標(biāo)?，F(xiàn)以環(huán)境探測小車項目為例，可采用如下分層實踐模式展開。

(1)小車設(shè)計的基礎(chǔ)環(huán)節(jié):主要實現(xiàn)其基本功能，如前進(jìn)、倒退、左拐和右拐等，利用常見按鍵和電機驅(qū)動模塊即可完成對小車的基本控制。

(2)在基礎(chǔ)層之上，為小車進(jìn)行功能擴展，如引入紅外探測法和光電傳感技術(shù)為其增加循跡和避障等模塊，用于指定小車的行走路徑。

(3)在行走、尋跡和避障均能順利完成的前提下，再為小車加入環(huán)境探測傳感器，用于采集指定測試點的環(huán)境數(shù)據(jù)。

(4)由通信模塊(有線或無線)傳輸數(shù)據(jù)至指定單片機或手持終端，即實現(xiàn)本項目的完整功能。

由此可見，在小車項目實施過程中，依次進(jìn)入基本行走、尋跡避障、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)通信等四個實驗層次，其涉及內(nèi)容涵蓋單片機的I/O口、中斷、串口通信、數(shù)據(jù)采集以及A/D轉(zhuǎn)換等控制，是驅(qū)動型項目的典型代表。

2.2 Proteus仿真軟件的應(yīng)用

在項目驅(qū)動教學(xué)和實踐過程中，Proteus軟件發(fā)揮著重要作用[5]。在Proteus仿真環(huán)境下，無論是基礎(chǔ)電路的模擬、單片機的控制還是系統(tǒng)的輸入/輸出都能夠進(jìn)行硬件設(shè)計和軟件測試。而驅(qū)動型項目的設(shè)計需要在仿真中反復(fù)進(jìn)行測試之后才能向前推進(jìn)。因此，無論是課堂教學(xué)還是課程實踐中，都需要Proteus仿真環(huán)境。

圖1為探測小車的仿真結(jié)構(gòu)。我們需要在仿真環(huán)境下嘗試驅(qū)動電機，實現(xiàn)小車基本功能。當(dāng)小車能夠正常行走之后，設(shè)計者才能進(jìn)一步擴展其循跡、避障及環(huán)境探測功能。

此外，Proteus軟件使用簡單，能夠繪制各類輸入、輸出電路，為課堂教學(xué)提供很好的交互界面，能充分吸引學(xué)生的注意力。對于綜合性較強的項目來說，在Proteus中測試還有利于節(jié)約項目成本，縮短開發(fā)周期，具有較好的教學(xué)輔助功能。

圖1 小車的仿真結(jié)構(gòu)

2.3 課程教學(xué)網(wǎng)站

開展項目驅(qū)動型教學(xué)之后，學(xué)生自主式學(xué)習(xí)的要求進(jìn)一步提高，根據(jù)項目進(jìn)度合理安排學(xué)習(xí)內(nèi)容，成為每個學(xué)生學(xué)習(xí)單片機課程的新模式。為了適應(yīng)這種新變化，建立課程網(wǎng)站是十分必要的[6]。

課程網(wǎng)站中應(yīng)該包含教學(xué)錄像、課程項目、教學(xué)資料、互動欄目等主要內(nèi)容，為日常發(fā)布項目資源、學(xué)生回顧課程內(nèi)容、課程資料實時下載及教師學(xué)生在線互動提供了網(wǎng)絡(luò)支持。

2.4 單片機課程大賽

當(dāng)教學(xué)進(jìn)入尾聲并對各項目進(jìn)行驗收和總結(jié)時時，課程大賽就成為評價學(xué)生作品，引入公平競爭的重要方式[7]。由于單片機電子制作周期較長，從功能分析、電路設(shè)計、仿真測試到實物制作需要約2-3周時間，并非所有項目都能順利完成實物制作或?qū)崿F(xiàn)完整功能。為了鼓勵學(xué)生多動手，在課程后期組織一場正規(guī)比賽可以充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

學(xué)生在項目作品展示時，與同類作品進(jìn)行比較，展示自己的優(yōu)勢并發(fā)現(xiàn)不足，這比課堂上單純課程知識點的講解更具說服力。

2.5 考試評價機制

驅(qū)動型項目的開展貫穿著課程學(xué)習(xí)的始終，每個項目的完成情況才是課程考核的重點。為每個項目不同階段的完成情況進(jìn)行評價是項艱難的工作。采用學(xué)生自評和互評方式，能使教師從繁重的工作中解放出來。在互評階段，每個完成項目的學(xué)生可以對分配到的3-5個作品進(jìn)行綜合評價。此外，在完成項目的學(xué)生中進(jìn)行互評具有很強的操作性，學(xué)生既能相互競爭，還可能相互探討，也保證了評價方式的公正和透明。

在課程最終的評分機制中，應(yīng)適當(dāng)加入大賽成績和試卷考察，為其分配適當(dāng)權(quán)重。這樣既可以鼓勵學(xué)生參與大賽，也可以定量評價其能力和水平。

3 結(jié)語

我院單片機課程教學(xué)改革僅進(jìn)行了兩輪，課程大賽也持續(xù)了兩屆(2012和2013)。學(xué)生電子設(shè)計能力已經(jīng)有了明顯的提高，如表1所示。由表可見，項目的硬件制作數(shù)量從無到有，完成比例逐年升高。表明新教學(xué)模式帶動著單片機課程教學(xué)效果發(fā)生了很大變化，可予期將會持續(xù)產(chǎn)生積極影響。

表1 驅(qū)動型項目的完成情況

[1]張麗.北京:單片機的發(fā)展與應(yīng)用[J].科技咨詢導(dǎo)報.2007，(27):14-15

[2]賈玉瑛，陳波.天津:單片機實驗教學(xué)改革與探索[J].實驗室科學(xué).2008，(06):32-34

[3]周向紅，李建軍.北京:單片機實踐教學(xué)的探討與研究[J].實驗技術(shù)與管理.2007，(07):126-128

[4]譚菊.石家莊:項目驅(qū)動模式下EDA技術(shù)課程改革探索[J].教育教學(xué)論壇.2014，(09):186-187

[5]陳龍，張亞君.北京:Proteus仿真軟件在單片機實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].實驗技術(shù)與管理.2009，(08):81-83

[6]馮剛.北京:單片機實驗教學(xué)平臺的改革[J].計算機教育.2010，(02):150-152

[7]楊明欣，鄭郁正，趙建，等.成都:結(jié)合電子設(shè)計競賽進(jìn)行單片機課程改革[J].實驗科學(xué)與技術(shù).2007，(04):100-103